Анализ влияния оптического состояния атмосферы на дальность зондирования ветрового лидара


https://doi.org/10.36027/rdeng.0420.0000174

Полный текст:


Аннотация

Одним из наиболее важных вопросов для корреляционных лидаров является вопрос о дальности зондирования.

Дальность зондирования корреляционного лидара существенно зависит не только от параметров аппаратуры, но и от оптического состояния земной атмосферы.

Кроме того, в настоящее время существуют два подхода к оценке дальности зондирования лидаров. В рамках одного подхода оценку дальности зондирования получают, приравнивая пороговую мощность приемника к мощности лазерного сигнала, регистрируемого приемником. В рамках другого подхода оценку дальности зондирования получают, приравнивая минимально обнаруживаемую энергию приемника к энергии регистрируемого лазерного сигнала.

Данная статья посвящена исследованию влияния оптического состояния атмосферы на дальность зондирования ветрового корреляционного лидара и сравнению оценок дальности зондирования, полученных в рамках двух разных подходов к энергетическому расчету лидара.

Анализ проводится для приземного слоя атмосферы, горизонтальной трассы зондирования  и длины волны излучения 0,532 мкм. В условиях атмосферной дымки используется эмпирическая формула для показателя ослабления. Отношение сигнал/шум принимается равным 100.

В качестве источников излучения были выбраны твердотельные Nd:YAG лазеры фирмы Ekspla NL319 (ламповая накачка, энергия в импульсе 5 Дж) и NL231-100 (диодная накачка, энергия в импульсе 90 мДж).

В качестве фотодетектора был выбран фотоэлектронный умножитель R5070A фирмы Hamamatsu со спектральной чувствительностью ~ 50 мА/Вт.

Показано, что в широком диапазоне оптического состояния приземного слоя атмосферы (метеорологическая дальность видимости меняется от 20 до 2 км) дальность зондирования для лазерного источника с ламповой накачкой и энергией в импульсе 5 Дж изменяется в диапазоне от ~ 3,8 км до ~ 1,2 км, а для лазерного источника с диодной накачкой и энергией в импульсе 90 мДж изменяется в диапазоне от ~ 1,1 км до ~ 0,64 км.

Подход, основанный на сравнении пороговой мощности приемника с принимаемой мощности лазерного сигнала, дает завышенную оценку дальности зондирования за счет неполного учета всех влияющих факторов.


Об авторах

М. Л. Белов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Белов Михаил Леонидович

профессор кафедры Рл-2



А. А. Самсонова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия
Самсонова Анна Андреевна


С. Е. Иванов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Иванов Сергей Евгеньевич

доцент кафедры РЛ-2



В. А. Городничев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Городничев Виктор Александрович

зав. кафедры РЛ5



Список литературы

1. Банах В.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В., Гордеев Е.В., Сухарев А.А. Измерения скоро-сти и направления ветра с помощью двухлучевого метода доплеровским лидаром Stream Line в приземном слое атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 8. С. 644–650.

2. Mylapore A.R., Schwemmer G.K., Prasad C.R., Lee S., Achey A., Hwang I.H., Mehta N., Yakshin M., Novoselov K., Prasad N.S. A three-beam aerosol backscatter correlation lidar for three-component wind profiling. // Proc. SPIE. 2014. V.9080. P. 90800Y-1 - 90800Y-9.

3. Wood C.R., Pauscher L., Ward H.C., Kotthaus S., Barlow J.F., Gouvea M., Lane S.E., Grimmond C.S.B. Wind observations above an urban river using a new lidar technique, scintillometry and anemometry // Sci. Total Environ. 2013. V. 442, N 1. P. 527–533.

4. Lane S.E., Barlow J.F., Wood C.R. An assessment of a three-beam Doppler lidar wind pro-filing method for use in urban areas // J. Wind Eng. Ind. Aerod. 2013. V. 119, N 8. P. 53–59.

5. Козинцев В.И., Иванов С.Е., Белов М.Л., Городничев В.А. Лазерный метод прибли-женного измерения мгновенной скорости и направления ветра // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26. № 5. С. 381-384.

6. Козинцев В. И., Иванов С. Е., Белов М. Л., Городничев В. А. Корреляционный лазер-ный метод с адаптивным выбором измерительной базы для оперативного измерения скорости ветра // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т.25. № 2. С. 165-170.

7. Савин А.В., Коняев М.А. Доплеровские метеолидары для систем обеспечения вихре-вой безопасности полетов // Метеоспектр. 2008. № 1. С. 147-152.

8. Матвиенко Г.Г., Самохвалов И.В., Рыбалко В.С., Борцов Ю.Н., Шелефонтюк Д.И., Вореводин Ю.М. Оперативное определение компонентов скорости ветра с помощью лидара // Оптика атмосферы и океана. 1988. Т.1. № 2. С. 68-72.

9. Иванов С.Е., Филимонов П.А., Белов М.Л., Городничев В.А., Михайловская М.Б. Сравнительный анализ дальности зондирования ветрового корреляционного лидара в УФ, видимом и ближнем ИК спектральных диапазонах. // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 2. с. 220-232. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/696580.html (дата обращения дата обращения 02.08.2020).

10. Иванов С.Е., Филимонов П.А., Белов М.Л., Федотов Ю.В., Городничев В.А. Сравни-тельный анализ дальности зондирования для различных вариантов аэрозольного ли-дара. // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 01. С. 114–128. Режим доступа: http://engineering-science.ru/doc/754084.html (дата обращения дата обращения 02.08.2020).

11. Measures R.M. Laser Remote Sensing: Fundamentals and Applications. Krieger Publishing Company: Melbourne, FL, United States. 1992. 524 p.

12. Матвиенко Г.Г., Заде Г.О., Фердинандов Э.С., Колев И.Н., Аврамова Р.П. Корреляци-онные методы лазерно-локационных измерений скорости ветра. Новосибирск: Наука, 1985. 223 с.

13. Козинцев В.И., Белов М.Л., Орлов В.М., Городничев В.А., Стрелков Б.В. Основы им-пульсной лазерной локации. М.: МГТУ, 2010. Издание 2-е дополненное. 572 с.

14. Козинцев В.И., Орлов В.М., Белов М.Л., Городничев В.А., Стрелков Б.В. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды. М.: МГТУ, 2002. 528 c.

15. Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Челибанов В.П. Приемники излучения. СПб.: Папирус, 2003. 527 с.

16. 532 nm MaxLine laser clean-up filter. Part Number: LL01-532-12.5. Режим доступа: http://www.semrock.com/FilterDetails.aspx?id=LL01-532-12.5. (дата обращения 02.08.2020).

17. Ekspla. Nanosecond Lasers. Режим доступа: https://ekspla.com/products/nanosecond-lasers/(дата обращения 02.08.2020).

18. Hamamatsu. Photomultiplier tubes (PMTs). Режим доступа: https://www.hamamatsu.com/us/en/product/optical-sensors/pmt/index.html (дата обращения 02.08.2020).


Дополнительные файлы

Для цитирования: Белов М.Л., Самсонова А.А., Иванов С.Е., Городничев В.А. Анализ влияния оптического состояния атмосферы на дальность зондирования ветрового лидара. Радиостроение. 2020;(4):30-43. https://doi.org/10.36027/rdeng.0420.0000174

For citation: Belov M.L., Samsonova A.A., Ivanov S.E., Gorodnichev V.A. Impact Analysis of the Atmosphere Optical State on Wind Lidar Sounding Range. Radio Engineering. 2020;(4):30-43. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0420.0000174

Просмотров: 32

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)